[发明专利]一种基于能量回收的透平试验系统装置及其试验方法

说明书

本发明提供了一种基于能量回收的透平试验系统装置及其试验方法，所述透平试验系统装置包括气源发生单元、试验透平测试单元、排气余热回收单元和负载调节测量单元；所述气源发生单元，用于向试验透平提供驱动气源和冷却气源，并回收试验透平的轴功率；所述试验透平测试单元，调节试验透平的驱动气源和冷却气源的测试参数；所述排气余热回收单元，用于回收试验透平排气余热，并加热进入气源发生单元的空气和燃料；所述负载调节测量单元，用于调节和测量试验透平的轴功率。本发明解决了旋转透平流动与冷却试验系统耗能高和综合能源利用率较低的问题，具有经济性高的特点。

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，涉及一种基于能量回收的透平试验系统装置及其试验方法。

背景技术

燃气轮机作为一种应用广泛的能量转化装置，具有污染少、效率高、灵活性强、结构紧凑等有点，运行灵活，广泛应用于发电领域。为了获得更高的燃气轮机效率，需要不断提高透平初温，随之需要采用空气对透平高温部件进行有效冷却。为了验证冷却空气掺混对透平级气动性能的影响，以及旋转状态对透平动叶片冷却效果的影响，需要建立旋转透平试验台，开展高温旋转透平流动与冷却试验研究。

现有开展高温旋转燃气轮机透平的流动与冷却试验，在高速旋转状态下测量有冷却空气掺混透平级的气动性能与动叶片旋转状态下的冷却效果，试验透平排气完全通过冷却水进行减温，存在较高的冷源损失，透平轴端输出功直接通过水力测功器消耗，试验系统未对试验透平排气余能和轴功采取有效的能量回收手段和措施，使试验过程存在较高的能量损耗，试验系统的综合能源利用率较低。

CN112485033A公开了一种燃气轮机燃烧与透平综合冷效试验系统及试验方法，包括燃料系统、主空气供应系统、冷却空气供应系统、控制系统和数据采集系统；主空气经过调压后输出燃烧试验段，同时将燃料增压后也输入燃烧试验段，主空气和燃料在燃烧试验段混合燃烧后产生高温高压燃气，模拟燃气轮机运行时燃烧室真实工作环境，进行气燃料的燃烧试验，燃烧试验段的高温排气和冷却空气供应系统的冷气进入透平叶片综合冷效试验段，模拟燃气轮机透平部件实际工作环境，通过测量燃气、冷气参数和叶片外表面壁温，获得叶片冷却效果及其特性，该试验系统对燃烧试验段的高温排气进行再次利用，通过一个试验系统，同时完成两种不同的试验，提高试验效率，同时也降低试验系统的成本。

因此，如何提供一种透平试验装置，能对透平进行能源回收，提升透平试验装置的经济性，成为目前迫切需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于能量回收的透平试验系统装置及其试验方法，充分对试验透平的轴功率进行回收利用，解决了旋转透平流动与冷却试验系统耗能高和综合能源利用率较低的问题，具有经济性高的特点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于能量回收的透平试验系统装置，所述透平试验系统装置包括气源发生单元、试验透平测试单元、排气余热回收单元和负载调节测量单元。

所述气源发生单元，用于向试验透平提供驱动气源和冷却气源，并回收试验透平的轴功率。

所述试验透平测试单元，调节试验透平的驱动气源和冷却气源的测试参数。

所述排气余热回收单元，用于回收试验透平排气余热，并加热进入气源发生单元的空气和燃料。

所述负载调节测量单元，用于调节和测量试验透平的轴功率。

本发明采用排气余热回收单元对试验透平的排气进行余能梯级回收利用，排气显热的能量回收率达60％以上，大幅降低试验系统装置的冷源温度，有效提升试验系统装置能源利用绝对效率，解决了试验系统装置耗能高和综合能源利用率较低的问题，通过创新试验系统的余能利用方式，大幅提升了试验系统的经济性。